微波光子链路与线性化简介

hdy

引言

微波光子链路（MPLs）在现代通信技术中发挥着重要作用，广泛应用于雷达系统、无线通信和卫星链路。这些系统充分利用了光子技术的固有优势，包括宽带宽、电磁干扰immunity以及光波导中的低传输损耗。然而，微波光子链路面临的主要挑战是非线性失真的影响，特别是三阶互调失真（IMD3）项，这些失真会降低信号质量并减少系统的无杂散动态范围（SFDR）[1]。

图1. (a) 使用光学受激布里渊散射（SBS）谱处理进行双并行马赫-曾德尔调制器（DPMZM）线性化的微波光子链路示意图。(b) 芯片级集成SBS处理器概念图，展示了包括As2S3布里渊波导在内的各种组件的集成。

1

受激布里渊散射（SBS）原理

受激布里渊散射是一种光学非线性效应，当光泵浦波与光信号波在高度非线性波导中反向传播时，会表现为窄带增益和损耗共振。由于其极窄的线宽（约30 MHz）和与芯片级集成的兼容性，SBS在光学信号处理应用中具有独特优势。

图2. (a) 基于SBS的线性化方法的工作原理。(b) 处理后的光谱。(c) 线性化前后的射频谱仿真结果，显示了信号质量的显著改善。

2

工作原理与实现

该线性化技术采用双泵浦、窄带SBS方案来选择性地控制载波的相位和幅度。这种方法使用两个独立的反向传播泵浦，通过诱导的SBS响应精确控制载波的幅度和相位。

图3. IMD3系数乘法因子在[0,1]范围内的解，显示了施加在光载波上的不同幅度和相位值的优化空间。

3

实验设置与结果

该技术的实现分别在单模光纤和硫系玻璃波导芯片上进行了演示。

图4. (a) 光纤实验的实验装置。(b) SBS增益和损耗幅度响应的测量结果。(c) SBS增益和损耗相位响应的测量结果，显示了两种响应的组合效果。

实验结果显示了显著的性能提升：

图5. (a) 未经线性化的电频谱测量结果。(b) 使用光纤在12.52 GHz和(c) 2.05 GHz的线性化频谱。(d) 在12.52 GHz和(e) 2.05 GHz使用光纤时MPL的SFDR测量结果，展示了系统性能的显著提升。

4

芯片级实现

向芯片级实现的转变代表了向实际应用的重要进展。硫系玻璃芯片实验采用了11.7厘米长的螺旋脊型波导。

图6. (a) 芯片级SBS线性化实验的实验装置。(b) 安装在耦合台上的硫系玻璃芯片照片，并放大显示了螺旋脊型波导，展示了系统的实际实现。

芯片级测量结果显示了与光纤系统相当的性能：

图7. (a) 芯片上SBS增益和损耗幅度响应的测量结果。(b) 芯片上SBS增益和损耗相位响应的测量结果，展示了集成解决方案的有效性。

芯片级实现的最终结果显示了令人鼓舞的性能指标：

图8. (a) 使用硫系玻璃芯片在12.52 GHz和(b) 2.05 GHz的线性化频谱。(c) 在12.52 GHz和(d) 2.05 GHz使用硫系玻璃芯片时MPL的SFDR测量结果，证明了该技术成功转移到集成平台。

5

性能成就与发展方向

该系统取得了显著的成果，实验获得了27 dB的三阶失真抑制。使用光纤实现了9 dB的SFDR改善，使用硫系玻璃芯片实现了4.5 dB的改善。这些结果在微波光子技术领域取得了重要进展，展示了在电信系统中的实际应用潜力。

芯片级实现的成功为集成光子系统提供了新的发展空间。减小的占用面积和批量生产的可能性使这种方法在商业应用中极具吸引力。未来的发展可能集中在进一步提高集成密度和减少插入损耗，以提升整体系统性能。

该技术在高频（12.52 GHz）和低频（2.05 GHz）都能有效工作，展示了其在广泛应用中的实用性。这种宽工作范围，结合集成解决方案的紧凑形态，使其特别适合下一代通信系统。

这种线性化技术的发展解决了微波光子链路中的一个关键挑战。基于光纤和芯片实现的成功演示为实际应用提供了明确的技术路线，同时也通过继续在集成光子技术领域的研究和开发，展现了进一步改进的可能性。